CN107022397B - 一种磺酸盐清净剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种磺酸盐清净剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磺酸盐清净剂及其制备方法与应用,该方法包括：a）将烷基磺酸和/或烷基磺酸盐、碱性化合物及固体酸与可选择添加或不添加的稀释剂和/或促进剂混合发生中和反应；b）加入碱性化合物，并通入二氧化碳进行碳酸化反应；c)分离获得目标产物。利用本发明的方法可制备磺酸盐清净剂的过程中用烷基酚和/或烷基水杨酸活化的酸性白土，不仅改善了反应过程的分相问题，而且在后处理过程中固体酸可当作助滤剂，提高后处理效率。另外本发明所合成的磺酸盐清净剂不仅具有较好的酸中和能力、高温清净性、防锈性及抗腐蚀性，而且赋予了其良好的抗氧化性能。

Description

一种磺酸盐清净剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及润滑油清净剂领域，特别涉及磺酸盐清净剂、其制备方法及应用。
背景技术
润滑油清净剂作为润滑油添加剂的主要剂种之一，其用量仅次于用量最大的分散剂。它不仅具有增溶、分散油泥和清洗等作用，特别是高碱值的清净剂同时还具有中和润滑油在使用过程中产生的酸性物质的作用，可以显著降低该类酸性物质对器件的腐蚀与损害,因而广泛用于调制船用汽缸油、汽车用汽油机油及柴油机油、内燃机油和气冷式发动机油等。
目前润滑油清净剂主要有磺酸盐、烷基酚盐、水杨酸盐、环烷酸盐、油酸盐等多个品种。其中，磺酸盐、烷基酚盐和水杨酸盐这三种清净剂的烃基均为烷基苯基，占润滑油清净剂总量的90%以上。
与其它清净剂相比，磺酸盐由于其原料易得、成本较低，而且其使用性能可以适应各种不同要求，如：低碱值磺酸盐分散作用好，而高碱值磺酸盐具有优异的中和能力及高温清净性，所有的磺酸盐又均具有一定的防锈性能，另外它还与其它添加剂如烷基酚盐清净剂、烷基水杨酸盐清净剂、丁二酰亚胺无灰分散剂和ZDDP均具有良好的相容性和配伍性，因此发展较快，应用较广。
但是，磺酸盐清净剂的抗氧化性能较差，因此加入酚盐和/或水杨酸盐来弥补。目前，加入酚盐和/或水杨酸盐来弥补磺酸盐清净剂的抗氧性能的方法有两种：第一种是在调配润滑油中添加磺酸盐的过程中同时需加入一定量的酚盐和/或水杨酸盐，但是这种方法在应用为润滑油组合物等产品时，需考虑彼此之间相容性的问题，还需要配合复杂的配方调配工艺，操作困难，成本高；第二种方法是在磺酸盐的制备过程中加入一定量的酚盐和/或水杨酸盐，既能改善磺酸盐的抗氧化性能，又减少了在制备润滑油组合物时复杂的调配工艺。
例如，US7009072、US4347147、US4775490、US4306983、US4225446、CN200710178673.6、CN200410037885.9、WO2014099342公开了在制备磺酸盐过程中选择加入硬脂酸、环烷酸、烷基水杨酸、新癸酸、苯甲酸、油酸、直链十二烯基丁二酸酐、烷基酚来改善体系的相容性及稳定性，特别是加入烷基水杨酸盐及烷基酚盐。但是，上述公开的专利中，加入少量的酚盐和/或水杨酸盐主要作用是在磺酸盐的制备过程中解决反应体系的液体分相问题，一般加入0.1wt%-1wt%，因此对改善最终产品的抗氧化作用有限，在制备润滑油组合物时仍需加入酚盐和/或水杨酸盐清净剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种磺酸盐清净剂及其制备方法与应用，该清净剂不仅具有较好的酸中和能力、清净性、防锈性及抗腐蚀性，而且赋予了其良好的抗氧化性。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案包括：
本发明实施例公开了一种磺酸盐清净剂的制备方法，包括：
a)将烷基磺酸和/或烷基磺酸盐、碱性化合物及固体酸与可选择添加或不添加的稀释剂和/或促进剂混合并发生中和反应；
b)加入碱性化合物，并通入二氧化碳进行碳酸化反应；
c)分离获得目标产物。
优选的，在上述的磺酸盐清净剂的制备方法中，所述固体酸包括含有游离酸的酸性白土、活化的酸性白土、固体超强酸、中性白土、硅胶、粉末状分子筛、蒙脱土、硅藻土、活性炭、沸石、分子筛、多孔陶瓷、氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、石墨中的任意一种或两种以上的组合。
进一步优选的，所述固体酸包括含有游离酸的酸性白土、以游离酸活化的酸性白土中的任一种或两种以上的组合，尤其优选自以烷基酚和/或烷基水杨酸活化的酸性白土，所述烷基酚和/或烷基水杨酸的烷基选自C1～C28直链烷基或者带有支链的烷基，其中烷基分布在对位、间位或邻位。
进一步优选的，在上述的磺酸盐清净剂的制备方法中，所述以游离酸活化的酸性白土的制备方法包括：将白土以游离酸进行酸处理，处理温度为20~70℃，时间为1~7h，其中游离酸与白土的质量比为0.5~10：1，之后干燥，再在100~300℃下焙烧2~5h。
本发明实施例还公开了由上述方法制备的磺酸盐清净剂。
本发明实施例还公开了一种润滑油组合物，包括上述的磺酸盐清净剂。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
（1）按照本发明方法所制备的磺酸盐适于用作润滑剂组合物的清净剂，特别是下列润滑剂，例如：客车发动机润滑油、重载柴油发动机润滑油、铁路润滑油、天然气发动机润滑油、涡轮机润滑油、防锈润滑油、氧化润滑油、滑动润滑油、液压油、自动齿轮润滑油、自动传动液及手动传动液、拖拉机液、通用拖拉机液及液压液、动力转向装置液、齿轮润滑油、工业润滑油、泵工作油及其混合物，它们利用本发明制备的产品均可在清净性、抗氧化性、防锈性、抗腐蚀性、以及分散性方面产生良好效果。
（2）本发明的方法可制备磺酸盐清净剂，在制备过程中用有机酸活化的酸性白土，特别是加入烷基酚和/或烷基水杨酸活化的酸性白土，不仅改善了反应过程的分相问题，而且在后处理过程中固体酸可当作助滤剂，提高后处理效率。
（3）本发明所合成磺酸盐清净剂，由于在反应过程中加入了烷基酚和/或烷基水杨酸，其能有效改善最终产品的抗氧化性能并且通过调节固体酸的加入比例能调控烷基酚盐和/或烷基水杨酸盐与磺酸盐的比例。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种磺酸盐清净剂的制备方法，包括：
a） 将烷基磺酸和/或烷基磺酸盐、碱性化合物及固体酸与可选择添加或不添加的稀释剂和/或促进剂混合发生中和反应；
b）加入碱性化合物，并通入二氧化碳进行碳酸化反应；
c） 分离获得目标产物。
在上述制备方法中，所述烷基磺酸和/或烷基磺酸盐的制备方法包括：将芳香族化合物与C8-C45的烯烃进行烷基化，之后与磺化剂反应得到烷基磺酸和/或烷基磺酸盐。
例如，所述芳香族化合物包括苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽中的任意一种或两种以上的组合。
和/或，所述烯烃包括C14-C30的烯烃中的任意一种或两种以上的组合，优选包含C14-C30的α-烯烃。
和/或，所述磺化剂包括硫酸、三氧化硫、磺酸、氯硫酸、氨基磺酸中的任意一种或两种以上的组合。
在上述制备方法中，所述碱性化合物可以优选自但不限于碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱金属碳酸化合物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱土金属碳酸化合物或它们的混合物。尤其优选的，所述碱性化合物可选自但不限于氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、碳酸镁或它们的混合物。
在上述制备方法中，所述固体酸包括含有游离酸的酸性白土、活化的酸性白土、固体超强酸、中性白土、硅胶、粉末状分子筛、蒙脱土、硅藻土、活性炭、沸石、分子筛、多孔陶瓷、氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、石墨中的任意一种或两种以上的组合。
进一步优选的，在上述制备方法中，所述固体酸包括含有游离酸的酸性白土、以游离酸活化的酸性白土中的任一种或两种以上的组合，尤其优选自以烷基酚和/或烷基水杨酸活化的酸性白土，所述烷基酚和/或烷基水杨酸的烷基选自C1～C28直链烷基或者带有支链的烷基，其中烷基分布在对位、间位或邻位。
进一步优选的，在上述制备方法中，所述以游离酸活化的酸性白土的制备方法包括：将白土以游离酸进行酸处理，处理温度为20~70℃，时间为1~7h，其中游离酸与白土的质量比为0.5~10：1，之后干燥，再在100~300℃下焙烧2~5h。
在本发明的制备方法中，可依据需要而可选择使用或不使用稀释剂。其中，加入稀释剂可防止反应液太粘以至难以进行反应并且也可防止过滤困难。
其中，所述稀释剂可选用但不限于烃溶剂、醇溶剂、润滑油基础油、多脑油等物质。
例如，所述烃溶剂可选用但不限于甲苯、二甲苯、正戊烷、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、正癸烷等物质中的任意一种或两种以上的组合。
例如，所述醇溶剂可选自但不限于C1-C13的一元醇或多元醇及其衍生物等物质，例如异丁醇、癸醇等。
较为优选的，所述稀释剂至少可选用但不限于正戊烷、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、正癸烷、甲苯、二甲苯、润滑油基础油、多脑油或者它们的混合物。
较为优选的，稀释剂的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐总用量的约0.5wt%～1000.0wt%。更为优选的，稀释剂的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐总用量的约50 wt%～500.0wt%。
在本发明的制备方法中，可依据需要而可选择使用或不使用促进剂。通常加入促进剂可以加快反应速度、提高反应转化率且减少产物中不希望的杂质。
其中，所述促进剂可选用但不限于至少一种C1-C13的一元醇或多元醇及其衍生物、二烷基亚砜、二烷基甲酰胺、二烷基醚、二甲基乙酰胺、N,N-二烷基乙酰胺、N-烷基-吡咯烷酮、甲基乙基甲酮、甲基丁基甲酮、相转移剂、冠醚、四氢呋喃或者它们的混合物。较为优选的，促进剂可选用但不限于甲醇、异丁醇、乙二醇、乙醇、丙醇、异辛醇、环己醇、环戊醇、叔丁醇、仲戊醇或它们的混合物。
进一步的，促进剂的量可以在非常宽的范围内变化，例如，促进剂的用量可优选为烷基酚总用量的约0.5mol%～5000.0mol%。
较为优选的，在上述制备方法中，与烷基磺酸和/或烷基磺酸盐相比，所述碱性化合物的用量为约0.01摩尔当量～约20摩尔当量，所述固体酸的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐重量的0.1%~60%。更为优选的，所述固体酸的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐的重量的1%~50%。
在上述制备方法中，步骤a～步骤b采用的反应条件包括：反应温度为5℃～200℃，反应时间为10min～6h。
尤为优选的，步骤a～步骤b采用的反应温度为20℃～150℃，反应时间为20min～4h。
进一步优选的，步骤a～步骤b采用的反应温度为30℃～120℃，反应时间为30min～3h。
进一步优选的，步骤a采用的反应条件包括：反应温度范围为30℃～80℃，反应时间为20min～2h。
进一步优选的，步骤b采用的反应条件包括：反应温度为30℃～80℃，反应时间为30min～6h。
在上述制备方法中，步骤c可以包括：将步骤b最终所获反应产物加热至高于所述稀释剂和步骤a～b中所生成的水的蒸馏温度，以使所述稀释剂和生成的水从产物中蒸馏出去。
在上述制备方法中，在步骤b反应结束后，需将未反应的原料除去，一般常用的方法包括但不限定于：过滤、离心过滤、倾析等方法将未反应的固体原料及杂质与所需要的产物相分离。可以使用助滤剂如硅藻土(Celite)，以改善分离效率。再将得到的溶液通过常压蒸馏或真空蒸馏除去溶剂及生成的水。
本发明的另一个方面提供了利用前述制备方法制得的磺酸盐清净剂，不仅具有优异的清净分散作用，而且还具有良好的抗氧化性。
进一步的，本发明的磺酸盐清净剂的碱值范围约为30mgKOH/g～650mgKOH/g。
本发明的再一个方面提供了所述磺酸盐清净剂的用途，例如，作为润滑油添加剂的用途。
例如，本发明提供了一种润滑油组合物，其包含所述磺酸盐清净剂。
进一步的，所述润滑油组合物还可以包括通常在清净剂组合物及润滑油和清净剂组合物的混合物中出现的常规量的其他组分。例如，黏度指数改进剂、倾点下降剂、抑泡剂、分散剂、抗氧化剂、腐蚀抑制剂、极压剂及抗磨剂，这些组分的释义及其选材都是本领域技术人员依据本说明书及本领域常识可以很容易知悉和确定的。
因此，本发明的一些实施例还提供了一种组合物，其含有如上所述的磺酸盐，并可加入以下至少一种化合物：润滑油基础油、清净分散剂、抗磨剂（例如二烷基二硫代磷酸锌，但不限于此）、抗氧化剂（例如烷基化二苯胺，但不限于此）、黏度指数改进剂、倾点下降剂、腐蚀抑制剂、抗泡剂、摩擦改进剂或其混合物。
如下将结合若干实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但这些实施例是通过扩大发明而不是限制发明的方式提出的。
在如下实施例之中涉及了一些磺酸盐清净剂的制备工艺，其中所采用的各种反应参与物及工艺条件均是较为典型的范例，但经过本案发明人大量试验验证，于上文所列出的其它类型的反应参与物及其它工艺条件也均是适用的，并也均可达成本发明所声称的技术效果。
如下实施例中采用的烷基磺酸是参考US7479568所述的工艺，通过将前文所列的芳香族化合物与C8-C45的烯烃进行烷基化，再与磺化剂反应得到。
实施例1 ：
向装有搅拌器的反应瓶中加入30g烷基磺酸、7mL甲醇、85mL甲苯、2.3g氧化钙、4.6mL水及10g C14烷基水杨酸活化的酸性白土，在不超过75℃下反应1h后，加入25g氢氧化钙，混合20min后，通CO2（速率为100mL/min～400mL/min）超2h，加入32g基础油，升温至120℃蒸馏出甲醇及生成的水等，再离心过滤得到澄清溶液，在150℃减压蒸馏除去甲苯，最后得到磺酸钙清净剂。
实施例2 ：
向装有搅拌器的反应瓶中加入30g烷基磺酸、9.7g甲醇、92.8g甲苯、4.5g氢氧化钙及15g C12烷基酚活化的酸性白土，在不超过75℃下反应1h后，加入20g氢氧化钙，混合20min后，通CO2（速率为100mL/min～400mL/min）超2h，加入32g基础油，升温至120℃下蒸馏出甲醇及生成的水等，再离心过滤得到澄清溶液，在150℃下减压蒸馏除去甲苯，最后得到磺酸钙清净剂。
实施例3：
向装有搅拌器的反应瓶中加入30g烷基磺酸、4.5mL甲醇、2.5mL异丁醇、85mL二甲苯、3.2氢氧化钙及18g C12烷基酚与C14烷基水杨酸（两者质量比1:1）活化的酸性白土，在不超过85℃下反应1h后，加入25g活性氧化镁，混合20min后，通CO2（速率为100mL/min～400mL/min）超2h，加入32g基础油，升温至120℃蒸馏出甲醇及生成的水等，再离心过滤得到澄清溶液，在180℃减压蒸馏除去二甲苯，最后得到磺酸钙镁复合清净剂。
实施例4：
向装有搅拌器的反应瓶中加入30g烷基磺酸、9.7g乙二醇、92.8g二甲苯、4.5g氢氧化钙与氧化镁的混合物及12g C12烷基酚与C14烷基水杨酸（两者质量比3:2）活化的酸性白土，在150℃下反应1h后，加入24g氧化镁，混合20min后，通CO2（速率为100mL/min～400mL/min）超2h，在此期间回流带水，过碱化结束后加入32g基础油，再离心过滤得到澄清溶液，在180℃下减压蒸馏除去二甲苯，最后得到磺酸钙镁复合清净剂。
对比例：
向装有搅拌器的反应瓶中加入35.1g烷基磺酸、6.6g甲醇、5.0g异丁醇、31.8g基础油，在30℃下搅拌，加入14.9g氢氧化钙，升温至54℃，通CO2（速率为100mL/min～400mL/min）3h，升温至120oC下蒸馏出甲醇、异丁醇及生成的水。降温至54℃，加入6.6g甲醇、5.0g异丁醇及6.6g氢氧化钙，通CO2（速率为100mL/min-400mL/min）2h，升温至120℃下蒸馏出甲醇、异丁醇及生成的水。再加入甲苯离心过滤得到澄清溶液，在150℃下减压蒸馏除去甲苯，最后得到磺酸钙清净剂。
如下对实施例1-4及对比例所获的磺酸盐清净剂的性能进行了测试，其中采用的实验油样为将一定质量的添加剂试样溶于基础油150N中，添加剂含量为3.0wt%的油样。抗氧化性（SH/T 0719-2002）测试结果详见表1。
表1 实施例1-4及对比例产品的测试结果
Figure 38357DEST_PATH_IMAGE001
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明技术方案和技术构思做出其它各种相应的改变和变形，而这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (24)

1.一种磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a：将烷基磺酸和/或烷基磺酸盐、碱性化合物及固体酸与可选择添加或不添加的稀释剂和/或促进剂混合发生中和反应；
步骤b：加入碱性化合物，并通入二氧化碳进行碳酸化反应；
步骤c：分离获得目标产物；
其中，所述固体酸为以烷基酚和/或烷基水杨酸活化的酸性白土。
2.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述烷基酚和/或烷基水杨酸的烷基选自C1～C28直链烷基或者带有支链的烷基，其中烷基分布在对位、间位或邻位。
3.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述固体酸的制备方法包括：将白土以烷基酚和/或烷基水杨酸进行酸处理，处理温度为20~70℃，时间为1~7h，其中烷基酚和/或烷基水杨酸与白土的质量比为0.5~10:1，之后干燥，再在100~300℃下焙烧2~5h。
4.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述固体酸的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐重量的0.1%~60%。
5.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述固体酸的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐的重量的1%~50%。
6.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述烷基磺酸和/或烷基磺酸盐的制备方法包括：将芳香族化合物与C8-C45的烯烃进行烷基化，之后与磺化剂反应得到烷基磺酸和/或烷基磺酸盐。
7.根据权利要求6所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述芳香族化合物包括苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求6所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述烯烃包括C14-C30的烯烃中的任意一种或两种以上的组合，包含 C14-C30的α-烯烃。
9.根据权利要求6所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述磺化剂包括硫酸、三氧化硫、磺酸、氯硫酸、氨基磺酸中的任意一种或两种以上的组合。
10.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述碱性化合物可以选自但不限于碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱金属碳酸化合物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱土金属碳酸化合物或它们的混合物。
11.根据权利要求10所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述碱性化合物可选自但不限于氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钙、碳酸镁或它们的混合物。
12.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
与烷基磺酸和/或烷基磺酸盐相比，所述碱性化合物的用量为0.01摩尔当量～20摩尔当量。
13.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述稀释剂的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐总用量的0.5wt%～1000.0wt%。
14.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述稀释剂的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐总用量的50 wt%～500.0wt%。
15.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述促进剂选用但不限于至少一种C1-C13的一元醇或多元醇及其衍生物、二烷基亚砜、二烷基甲酰胺、二烷基醚、二甲基乙酰胺、N,N-二烷基乙酰胺、N-烷基-吡咯烷酮、甲基乙基甲酮、甲基丁基甲酮、冠醚、四氢呋喃或者它们的混合物。
16.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述促进剂选用但不限于甲醇、异丁醇、乙二醇、乙醇、丙醇、异辛醇、环己醇、环戊醇、叔丁醇、仲戊醇或它们的混合物。
17.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
所述促进剂的用量为烷基磺酸和/或烷基磺酸盐总用量的 0.5mol%～5000.0mol%。
18.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
步骤a～步骤b采用的反应条件包括：反应温度为5℃～200℃，反应时间为10min～6h。
19.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
或者步骤a～步骤b采用的反应温度为20℃～150℃，反应时间为20min～4h。
20.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
步骤a～步骤b采用的反应温度为30℃～120℃，反应时间为30min～3h。
21.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
步骤a采用的反应条件包括：反应温度范围为30℃～80℃，反应时间为 20min～2h。
22.根据权利要求1所述的磺酸盐清净剂的制备方法，其特征在于：
步骤b采用的反应条件包括：反应温度为30℃～80℃，反应时间为30min～6h。
23.由权利要求1-22中任一项所述方法制备的磺酸盐清净剂。
24.一种润滑油组合物，包括权利要求23所述的磺酸盐清净剂。
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